elemente introductive de topografie și biochimie medicală electronic.pdf · - suport de curs - an...

- Suport de curs -

An 1, semestrul 1, an universitar 2018-2019

Master -specializare „Implanturi, Proteze și

Evaluare Biomecanică”

As.dr.ing. Alin TOTOREAN

HEMODINAMICĂ

1. Introducere în hemodinamică

HEMODINAMICA

www.edah-hospital.com

www.nhlbi.nih.gov

= Ramură a dinamicii fluidelor care studiază curgerea sângelui în sistemul cardiovascular

= Ramura fiziologiei care studiază curgerea sângelui


Din punct de vedere al modului în care se obțin parametrii hemodinamici se

poate realiza următoarea clasificare:

Hemodinamică clinică (/paraclinică, in vivo) – parametrii hemodinamici

sunt măsurați direct pe pacient, utilizând metode și tehnici invazive sau

non-invazive (măsurarea presiunii arteriale cu sfigmanometrul, angiografia,

IVUS, RMN cardiac, etc);

Hemodinamică numerică (in silico) – parametrii hemodinamici sunt

determinați computațional în urma soluționării ecuațiilor de curgere a

fluidelor prin segmentul de interes utilizând aplicații software dedicate

specifice Mecanicii Fluidelor numerice (ANSYS Fluent, CFX, OpenFOAM);

Hemodinamică experimentală (in vitro) – parametrii hemodinamici sunt

determinați experimental prin realizarea de experimente în laborator, și

măsurarea parametrilor utilizând echipamente de măsură specifice

Mecanicii Fluidelor experimentale.

1. Introducere în hemodinamică Comparativ, principalele diferențele dintre cele 3 direcții ale hemodinamicii

sunt reprezentate tabelul de mai jos:

Factor comparat Hemodinamică clinică Hemodinamică

numerică

Hemodinamică

experimentală

Necesită prezența

fizică a pacientului DA NU NU

Tipuri de

echipamente

utilizate

Echipamente specifice

investigațiilor medicale

(EKG, angiograf, CT, RMN,

ecograf, etc.)

Echipamente de calcul și

softuri dedicate pentru

proiectarea geometriei,

discretizare, analiza propriu-

zisă și postprocesare

Echipamente specifice

standurilor experimentale

în Mecanica Fluidelor

experimentală

Numărul de

parametrii

hemodinamici

investigați

Limitat, depinde de

echipamentul de investigare

utilizat

Se pot interpreta toți

parametrii hemodinamici

asociați curgerii

Limitat, depinde de

echipamentele de măsură

utilizate

Durata unei

analize/investigații

De la câteva minute la câteva

ore, în funcție de

complexitatea investigației

De la câteva minute la

săptămâni sau luni, în

funcției de complexitatea

geometriei și analizei

De la câteva zile la

săptămâni sau luni, în

funcției de complexitatea

analizei

Utilizarea clinică a

rezultatelor

DA, cu grad ridicat de

încredere

Limitat, necesită validare cu

rezultate experimentale și de

preferabil și clinice

Limitat, necesită corelare

cu rezultate de preferabil

clinice

1. Introducere în hemodinamică Din punct de vedere al informațiilor obținute în urma unei analize

hemodinamice (clinice, numerice sau experimentale) se pot distinge:

Analiza calitativă – presupune vizualizarea aspectului curgerii prin

segmentul de interes (angiocoronarografii, etc.) sau prezența unui anumit

fenomen (recirculări, etc.) fără a obține informații concrete referitoare la

parametrii hemodinamici;

Analiza cantitativă – presupune determinarea parametrilor hemodinamici

prin segmentul investigat (debite, viteze, presiuni, etc.).


Scurt istoric Leonardo da Vinci (1452-1519)

– primele studii legate de inimă, vase de sânge, fiziologie cardiovasculară (1508-1513)

Joao Martins e Silva, Leonardo Da Vinci e as primeiras observacoes hemodinamicas, Rev Port Cardiol 2008; 27(2):243-272,




Curgerea peste obstacole / la schimbarea directie de curgere

vartejuri Joao Martins e Silva, Leonardo Da Vinci e as primeiras observacoes hemodinamicas, Rev Port Cardiol 2008; 27(2):243-272,




Leonardo da Vinci (1515) Gharib (2002)

Bogren (2004)

Joao Martins e Silva, Leonardo Da Vinci e as primeiras observacoes

hemodinamicas, Rev Port Cardiol 2008; 27(2):243-272,


Scurt istoric Momente de referință în evoluția hemodinamicii

1628 – William Harvey – conceptul de continuitate a curgerii sângelui

1661 – Marcello Malpighi descrie complet patul capilar al plâmânilor de broască,

putându-se descrie acum complet conceptul și direcția de curgere a sângelui

1773 – Stephen Hales introduce măsurarea directă a presiunii arteriale

Thomas Young (1773-1829) introduce relația dintre proprietățile elastice ale

arterelor și viteza de propagare a pulsului arterial

1846 – J.L.M. Poiseuille introduce relația dintre debit de curgere a fluidului și

diametrul vasului prin care curge

1950 – John R. Womersley și Donal A. McDonald analizează efectele curgerii

sangvine pulsatile (nestaționare, variabile în timp) în vase elastice

Timothy W. Secomb, Hemodynamics, Compr Physiol 6(2): 975-1003, 2017.


Scurt istoric Momente de referință în evoluția hemodinamicii

1903 – Willem Einthoven – prima măsurătoare EKG

1929 – Werner Forssmann – prima cateterizare (introduce prima dată un cateter în

atriul drept, prin vena basilica)

1952 – Paul Zoll – descrie efectele stimulării externe în caz de aritmie ventriculară

1954 – Inge Edler și Helmut Hertz – prima ecocardiografie

1958 – Mason Sones – prima angiocoronarografie

Eugene Barunwald, The ten advances that have defined modern cardiology, Trends in Cardiovascular Medicine 24 (2014) 179-183.

2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară

http://www.heartandstroke.com/atf/cf/%7B99452D8B-E7F1-4BD6-A57D-

B136CE6C95 BF%7D/heart_in_web.jpg, Accesat 16.05.2011.

http://www.bendo.ro/wp-content/uploads/2014/11/artere-coronariene.jpg,

Accesat 18.05.2015. http://www.medipedia.ro/Portals/0/Articles/AnatomiePhotos/Sistemul%20circulator.jpg

http://www.medipedia.ro/Portals/0/Articles/AnatomiePhotos/Sistemul circulator.jpg


http://www.heartandstroke.com/atf/cf/%7B99452D8B-E7F1-4BD6-A57D-B136CE6C95 BF%7D/heart_in_web.jpg, Accesat 16.05.2011.

Inima este un organ tetracameral

format din:

- 2 atrii (cu rol în colectarea

sângelui de la organism prin

venele cave și pulmonare);

- 2 ventriculi (cu rol în pomparea

sângelui către țesuturile

organismului prin aortă și artera

pulmonară).


Parametru Aorta Arteră Arteriolă Capilar Venulă Venă Venă

cavă

Diametru 25 mm 4 mm 30 μm 7 μm 20 μm 5 mm 30 mm

Grosime

perete 2 mm 1 mm 20 μm 1 μm 2 μm 0.5 mm 1.5 mm


Sistemul cardiovascular poate fi

asemănat unui sistem hidraulic în

care circuitul este realizat de:

- Pompa reprezentată de inimă;

- Traseul hidraulic (tubulatura)

reprezentat de vasele de sânge;

- Conexiunea și controlul curgerii

sângelui între inimă și vase este

asigurată prin valve;

- Fluidul vehiculat - sângele.

2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară Funcțiile principale ale

sistemului cardiovascular sunt:

- de a asigura necesarul de

oxigen și de substanțe

nutritive tuturor țesuturilor

organismului uman (circulația

sistemică realizată prin

componenta stângă a inimii,

caracterizată de rezistențe

vasculare mari);

- de a elimina dioxidul de

carbon și metaboliții obținuți

în urma proceselor celulare

(circulația pulmonară realizată

prin componenta dreaptă a

inimii, caracterizată de

rezistențe vasculare mici).

2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară Parametrii hemodinamici principali care

caracterizează funcția cardiacă sunt:

- Presiunile intracardiace;

- Presiunile intravasculare;

- Debitele intracardiace;

- Debitele intravasculare;

- Viteze de curgere ale sângelui prin

segmentele sistemului cardiovascular.

Parametrii hemodinamici sunt variabili în timp, și

variază pe perioada unui ciclu cardiac (având o

perioadă cuprinsă în mod normal între 0,8s și

1s).

Ciclul cardiac descrie evoluția presiunii și

vitezelor în cavitățile cardiace în funcție de timp.

Parametrii hemodinamici variază în funcție de patologiile asociate inimii și vaselor de

sânge.

Orice modificare, fie de natură electrică (exemplu: aritmii) sau mecanică (exemplu:

stenoze ale arterelor coronare) conduc la alterarea parametrilor hemodinamici.

2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară Ciclul cardiac are o durată medie de 0,8s, cuprinzând trei faze:

sistola atrială, sistola ventriculară şi diastola generală.

- sistola atrială durează 0,1s şi reprezintă contracţia

miocardului atrial cu efect al creşterii presiunii în atrii cu aproximativ

8mmHg în cel stâng, respectiv 4mmHg în cel drept. Sistola atrială

determină umplerea completă a ventriculului. La finalul sistolei atriale,

valvele atriventriculare se închid.

- sistola ventriculară durează 0,27s. Valvele sigmoide se deschid, iar sângele

din ventricule este pompat în sistemul arterial. Sistola ventriculară cuprinde următoarele

faze: faza contracţiei izovolumice şi faza de ejecţie, cu două componente: faza de

ejecţie rapidă şi lentă. În timpul fazei contracţiei izovolumice, presiunea arterială atinge

valoarea minimă de 80mmHg în aortă. O dată cu pomparea sângelui în artere, în cadrul

fazei de ejecţie rapidă, presiunea arterială creşte la 120mmHg în aortă.

2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară - diastola ventriculară, caracterizată prin relaxarea

musculaturii ventriculare. Presiunea ventriculară scade

iar valvele sigmoidiene se închid. Diastola ventriculară

are următoarele etape: protodiastola (scăderea presiunii

intraventriculare şi închiderea valvelor sigmoidiene),

relaxarea izovolumetrică (ventriculul devine o cavitate

închisă, valvele atrioventriculare se deschid şi sângele

începe să curgă din atrii în ventricule), faza umplerii

rapide (valvele atrioventriculare sunt deschise şi

sângele curge rapid din atrii în ventriculi), faza

umplerii lente (faza cuprinsă între momentul în care

presiunile dintre atrii şi ventriculi se egalizează şi

începutul unei noi sistole atriale) şi sistola atrială

(ultima fază a diastolei ventriculare).

2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară Funcția sistolică poate fi evaluată prin intermediul parametrului hemodinamic debit

cardiac.

Debitul cardiac descrie volumul de sâne expulzat în aortă pe unitatea de timp.

În repaus, la un adult sănătos, debitul cardiac este de aproximativ 5-6 L/min, iar în

condiții de efort fizic, debitul poate crește până la valori de 25 L/min

Distribuția sângelui la nivelul organismului uman în

condiții de repaus și de efort.

Debitul cardiac se calculează

ca fiind produsul dintre

volumul sistolic și frecvența

cardiacă. DC = VS x FC


Presiunea sângelui scade o dată

cu depărtarea sângelui de la

inimă către extremitățile

organismului și are valori mai

mare la nivel arterial, comparativ

cu cel venos.

Viteza de curgere a sângelui

scade o dată cu depărtarea de la

inimă către țesuturi, având valori

maxime în aortă și valoare

minimă la nivelul capilarelor.

Viteza de curgere în artere este

mai mare comparativ cu cea din

vene.

3. Proprietățile fluidelor

Fluidul este un mediu continuu, omogen şi izotrop, lipsit de formă proprie, in

interiorul căruia, în stare de repaus, pe suprafeţele de contact ale diferitelor

particule se exercită numai eforturi normale, iar sub acţiunea unor forţe care nu

tind să modifice volumul se deformează uşor

Starea de agregare a fluidelor: lichidă, gazoasă (vapori), plasmă.

Proprietăţi fizice specifice:

- Densitatea;

- Vâscozitatea.


Densitatea într-un punct al unui fluid este definită ca fiind limita raportului

dintre masa Δm a unui element de volum ΔV din jurul punctului considerat

şi volumul ΔV al elementului, când acest tinde la 0, conform ecuaţiei

Densitatea unui fluid depinde de presiune şi de temperatură.

În cazul unui fluid omogen, densitatea este numeric egală cu masa unităţii

de volum, şi are aceeaşi valoare în toate punctele fluidului, fiind descrisă

de ecuaţia.

Unitatea de măsură a densităţii în Sistemul Internaţional este kg/m3.

1. Densitatea


Densitatea unui fluid este denumită şi masa specifică a fluidului.

Mărimea fizică derivată din densitate este greutatea specifică.

Definită ca greutatea conţinută în unitatea de volum dV, greutatea specifică γ

a unui fluid, calculată într-un punct al său, reprezintă limita raportului dintre

greutatea ΔG a unui element de volum ΔV din jurul punctului considerat şi

volumul elementului, când acesta tinde la 0, conform ecuaţiei:

1. Densitatea


În cazul unui fluid omogen, greutatea specifică γ a fluidului este numeric

egală cu greutatea unităţii de volum, şi are aceeaşi valoare în orice punct al

fluidului, fiind descrisă de ecuaţia:

unde, g reprezintă acceleraţia gravitaţională [m/s2].

Densitatea specifică a aerului este ρ=1,225kg/m3, iar a apei este ρ=1000

kg/m3.

Densitatea fiziologică a sângelui are valori între 1050 şi 1070 kg/m3 şi

variază în funcţie de starea patologică a pacienţilor.

1. Densitatea


2. Vâscozitatea

Vâscozitatea este proprietatea unui fluid de a prezenta tensiuni interioare

tangenţiale de frecare τ pe orice element de suprafaţă care separă două

porţiuni de fluid aflate în mişcare relativă de alunecare una faţă de cealaltă.

Mişcarea între două straturi de fluid paralele şi vecine este descrisă de

gradientul de viteză şi tensiunea tangenţială dată de legea lui Newton.

μ reprezintă coeficientul de vâscozitate, denumit vâscozitate dinamică [Pa.s];

Vâscozitatea cinematică


2. Vâscozitatea

Vâscozitatea sângelui variază în funcţie de: hematocrit, proteinemie,

temperatură şi viteza de curgere a sângelui.


2. Vâscozitatea

Rezistenţa la curgerea fluidelor vâscoase printr-o conductă dreaptă

Vâscozitatea = rezistenţa fluidului la curgere.

Rezistenţa la curgere a unui fluid printr-o conductă dreaptă - legea lui Poisseuille

F – debitul volumic în zona investigată;

P1, P2 – presiunea la intrarea, respectiv ieşirea din zona analizată;

R – rezistenţa la curgere

Forţa de rezistenţă vâscoasă

μ – vâscozitatea dinamică;

L – lungimea conductei;

Vm – viteza de curgere maximă, măsurată în centrul conductei.


Tixotropia

Sângele prezintă proprietatea de tixotropie, suferind o transformare

reversibilă.

Prin agitare, la tensiune de forfecare constantă în timp, vâscozitatea sângelui

scade.

Curba de histerezis

a tixotropiei sângelui

(Dintenfass, 1985)


Tixotropia

Studiul tixotropiei sangvine este important pentru a caracteriza starea

fiziologică sau patologică a pacienţilor.

Tixotropia sângelui variază în funcţie de vâscozitatea plasmei,

concentraţia de fibrinogen, hematocrit, agregarea suspensiilor din

sânge (elementele figurate), temperatură, tensiunea de forfecare.





tind să modifice volumul se deformează uşor

În funcție de comportarea vâscozității fluidului în cazul aplicării forțelor, fluidele se

pot clasifica:

-Fluide Newtoniene;

-Fluide neNewtoniene.


- dependenţă liniară între tensiunea de forfecare şi deformaţie;

Vâscozitatea acestor fluide rămâne constantă la aplicarea forţelor.

Vâscozitatea poate varia în funcţie de alţi parametrii exteriori (temperatura,

presiunea).

Exemple de fluide Newtoniene sunt: apa, aerul.

a. Fluid Newtonian


- dependenţă neliniară între tensiunea de forfecare

şi deformaţie;

Vâscozitatea acestor fluide se modifică la aplicarea forţelor.

a. Fluid neNewtonian

Fluide neNewtoniene independente de timp

- Fluide pseudoplastice (vâscozitatea scade o dată cu creşterea tensiunii şi a

deformaţiei); exemplu: vopsele emulsii;

- Fluide dilatante (vâscozitatea creşte o dată cu creşterea tensiunii şi a deformaţiei);

exemplu: amestec apă-nisip, soluţie apoasă de amidon de porumb;

- Fluide Bingham (sunt fluide care se comportă ca un solid în condiţii statice;

curgerea acestor fluide are loc doar după aplicarea unei forţe); exemplu:

ketchup, maioneza;

Fluide neNewtoniene dependente de timp

- Fluide tixotrope (sub acţiunea unei forţe constante în timp, vâscozitatea scade);

exemplu: sânge, maioneza, ketchup;

- Fluide rectopice (sub acţiunea unei forţe constante în timp, vâscozitatea creşte);

exemplu: soluţia pentru ghipsare, tuşul pentru imprimante.


Variaţia proprietăţilor sângelui în funcţie de secţiunea domeniului de

curgere

Proprietăţile sângelui variază în sistemul circulator, în funcţie de diametrul

vaselor prin care acesta trece.

Astfel, în vase cu diametru mare, artere, unde rata de forfecare este ridicată,

sângele poate fi tratat ca un fluid Newtonian, comparativ cu vase de dimensiuni

medii şi mici, arteriole şi capilare, unde sângele este tratat ca fluid non-

Newtonian.

3. Proprietățile fluidelor Variaţia proprietăţilor sângelui în funcţie de secţiunea domeniului de

curgere

Efectul care stă la baza modificării vâscozităţii o dată cu diametrul vasului este

Fahraeus-Lindquist.

În acest caz, la vasele cu un diametru mai mic de 0,3mm, eritrocitele se

acumulează în axul vasului (fenomenul de deviaţie axială), iar plasma circulă

între eritrocite şi peretele vasului. Vâscozitatea sângelui scade la nivelul acestor

vase, permiţând astfel vehicularea unui volum ridicat de sânge la nivelul patului

vascular capilar, unde are loc schimbul de substanţă cu ţesuturile irigate

4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor




tind să modifice volumul se deformează uşor.

Principiile fizice care stau la baza curgerii fluidelor, sunt:

•Principiul conservării masei;

•Legea a II-a a dinamicii (Newton);

•Principiul conservării energiei.

Exprimarea matematică a acestor principii

este realizată cu ajutorul următoarelor ecuaţii:

•Ecuaţia de continuitate;

•Ecuaţia de mişcare;

•Ecuaţia energiei.

Principiul conservării masei

Masa conţinută într-un volum V, mărginit de suprafaţa S, rămâne constantă

în timpul mişcării, dacă nu are loc niciun schimb de substanţă cu exteriorul.





forma integrală

V - elementul de volum;

ρ - densitatea fluidului,

t – timpul;

- viteza; - operatorul nabla

forma locală

pentru fluide incompresibile (ρ=constant)


Legea a II-a a dinamicii --- Ecuația de mișcare

Asupra unui volum de fluid acţionează forţe masice şi superficiale, care

determină deplasarea fluidului cu viteza.


Ecuația de mișcare

Asupra unui volum de fluid acţionează forţe masice şi superficiale, care

determină deplasarea fluidului cu viteza.


Ecuația de mișcare


Ecuația energiei

Ecuaţia energiei este o ecuaţie cu derivate parţiale care face legătura între

fenomenele mecanice şi termodinamice care au loc în fluide. Ecuaţia energiei

reprezintă expresia matematică a principiului întâi al termodinamicii, fiind aplicată

atât fluidelor ideale, cât şi reale.


Aplicații ale principiului lui Bernoulli

- Caracterizarea hemodinamică a stenozelor arteriale


Evoluția parametrilor hemodinamici

(viteza v și presiunea p) în cazul unei stenoze

arteriale

Se consideră secțiunea 1 de arie A1 amonte de

stenoză, și secțiunea 2 de arie A2 corespunzătoare

îngustării maxime, A1>A2. În acest caz:

V1<V2 (rezultă din calculul de debit Q1=Q2

P1>P2

Aplicații ale principiului lui Bernoulli

- Calculul ariei un valve cardiace -


Parametrii adimensionali în mecanica fluidelor


Numărul Reynolds


Numărul Reynolds

Curgerea laminară, pentru un fluid ideal, într-o ţeavă dreaptă netedă, are loc în situaţii în

care Re<2300. Este o curgere în care liniile de curent sunt paralele, neproducând zgomot.

Regimul de curgere turbulent apare la valori Re>4000, este o curgere rotaţională, cu

formarea de zone de recirculare, însoţită de zgomot. Trecerea de la curgerea laminară la

cea turbulentă este realizată prin intermediul regimului tranzitoriu, corespunzător valorilor

numărului Reynolds situate între 2300 şi 4000.

În sistemul cardiovascular, parametrul Reynolds variază între 1, în cazul vaselor mici,

arteriole, capilare, la 4000 în cazul vaselor mari, aorta [10]. La nivelul sistemului circulator,

curgerea laminară apare la nivelul vaselor de dimensiuni mici, în timp ce regimul turbulent

apare în vasele de diametre medii şi mari. Caracterul turbulent este influenţat de existenţa

următoarele particularităţi morfologice şi patologice: curburi spaţiale, destinderi ale vaselor

(trecerea de la secţiuni cu diametre mici la secţiuni cu diametre mari), existenţa unor

afecţiuni vasculare(stenoze, anevrism), precum şi a caracterului nestaţionar pulsatil al

curgerii. Profilul de viteză în cazul curgerii laminare este parabolic, respectiv la curgerea

turbulentă profilul este tip palier


5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular

În funcție de modul în care se realizează investigația se pot distinge:

- Metode non-invazive care nu provoacă discomfort și nu ―lezează‖ pacientul pe

durata investigației (EKG, ecocardiografia transtoratică, etc.)

- Metode invazive care provoacă discomfort și ―lezează‖ pacientul pe durata

investigației (angiocoronarografia, ecocardiografia transesofagiană, IVUS,

OCT, etc.)

Scopul de metodelor de investigare este de a obține informații legate de:

- Structura inimii și a vaselor de sânge (tehnicile ecografice, CT, RMN, etc.)

- Parametrii hemodinamici asociați curgerii prin segmentele investigate prin

măsurarea de debite, presiune, viteze (IVUS, RMN cardiac, etc.)

- Parametrii electrici asociați modulul în care se realizează funcția cardiacă

(EKG)

- Analiza funcțională metabolică a inimii (tehnicile de medicină nucleară).

5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular EKG Holter EKG

Electrocardiograma descrie activitatea electrică a inimii, prin înregistrarea unei

succesiuni de unde și segmente corespunzătoare proceselor de depolarizare și

repolarizare miocardică.

Are rol principal în indentificarea aritmiilor și prezenței ischemiei cardiace.

Se poate realiza în repaus, instantaneu în cabinetul medical, sau poate fi

realizată prin monitorizare continuă de înregistrare a activității electrice a inimii

timp de 24 ore (Holter EKG).

Nu oferă informații legate de debite, presiuni, viteze!!


Măsurarea tensiunii arteriale (TA) Holter TA

Are ca scop măsurarea presiunii arteriale, utilizând tehnici analogice

(sfigmomanometrul) sau digitale.

TA se poată măsura instantaneu în cabinetul medical sau prin monitorizare

continuă și înregistrarea la perioade regulate pe durata a 24 de ore (Holter

TA)


Ecografia

- Cea mai folosită invastigație imagistică în cardiologie;

Avantaje:

- Oferă cu acuratețe informații despre structura și funcția inimii și a vaselor de

sânge)

- NU implică riscuri (principiul de investigație este pe bază de ultrasunete)

În funcție de segmentul investigat se pot distinge următoarele tehnici

ecografice specifice:

- Ecocardiografia (transtoracică sau transesofagiană) specifică investigației inimii:

- Ecografia arterială specifică investigării arterelor (ex. carotide, etc.)

- Ecografia venoasă specifică investigării venelor (ex. venele membrului inferior)

Modalități ecografice utilizate în practica clinică:

- Ecografia în mod M;

- Ecografia bi-dimensională 2D;

- Ecografia Doppler (oferă informații despre parametrul hemodinamic: viteza de

curgere a sângelui).

Oferă informații despre structură


Ecografia

Ecografia Doppler

- Oferă informații despre parametrul hemodinamic: viteza de curgere a sângelui

- Oferă informații pe baza efectului Doppler

- Condiția de măsurare corectă a vitezelor de curgere a sângelui prin

segmentele de interes: regula alinierii (direcția fascicului ultrasonic trebuie

să formeze un unghi cât mai mic cu direcția de curgere a sângelui –

orientarea vasului de sânge sau a mușchiului inimii); se acceptă ca

unghiul respectiv să fie sub 20 de grade.

Ecografia se poate realiza în următoarele moduri:

- Doppler pulsat;

- Doppler continuu


Ecografia Doppler

Caracteristici comparative asociate tehnicilor Doppler pulsat si continuu

Caracteristică Doppler pulsat (PW) Doppler continuu (CW)

Modul de achiziție Emisia succesivă de pulsuri

scurte și repetitive de

ultrasunete, cu măsurarea

diferenței dintre frecvența

undei receptate și a celei

emise

Emisia și recepția continuă a

ultrasunetelor, fără așteptarea

semnalului emis; înregistrarea

frecvențelor repetate are loc

concomitent cu emiterea

undelor.

Zona unde se pot măsura

vitezele

Doar în zona de interes (în

regiunea eșantionului)

În direcția fasciculului de

ultrasunete, pe toată lungimea

acestuia

Rezoluție spațială DA NU

Valoarea maximă a vitezelor

care pot fi măsurate

Viteze mici (sub 2 m/s) Viteze mari (până la 9 m/s)

Recomandare pentru utilizare Zonelor cu viteze mici și

localizare bine definită

Zone cu viteze mari (prin

valve cardiace, etc.)

Ecografia Doppler color este asemănătoare tehnicii Doppler pulsat iar reprezentarea sa

este sub forma unei imagini codate color suprapuse în timp real oeste imaginea

achiziționată în mod 2D sau M.


Ecocardiografia transtoracica


Ecocardiografia transesofagiana


Ecografia Doppler color Ecografia Doppler continuu

Ecografia Doppler pulsat

5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular Angiografia

- Are la bază utilizarea radiației X;

- Este o tehnică invazivă și presupune

introducerea unui cateter în interiorul

vasului investigat și administrarea de

substanță de contrast.


Angiografia CT


Angiografia CT

Se poate vizualiza:

- Prezența curgerii sângelui prin

vasele de sânge;

- Prezența curgerii la nivelul inimii;

DAR nu se pot măsura vitezele.

Utilizează radiații X.


Angiografia RMN

- Are la bază utilizarea unui câmp magnetic.


IVUS (intravascular ultrasonography)

Are la bază utilizarea ultrasunetelor;

Este o tehnică invazivă și presupune introducerea

unui cateter în interiorul vasului investigat;

Investigația se face sub control radiologic.


OCT (Optical Coherence Tomography)

- Are la bază utilizarea unei unde laser;

- Este o tehnică invazivă și presupune

introducerea unui cateter în interiorul

vasului investigat;

- Investigație se face sub control radiologic.


Tehnici imagistice nucleare

Prin utilizarea unui radiofarmaceutic au rol de a

identifica zonele cu ischemie de la nicelul

miocardului)

SPECT

5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular Tehnici imagistice nucleare

Comparativ, în funcție de tehnica utilizată și parametrii obținuți, principalele tehnici imagistice

au următoarele caracteristici

Vizualizare structură

țesuturi

Măsurare viteza de curgere

a sângelui Măsurare presiune

EKG NU NU NU

Ecografie DA DA, prin tehnica Doppler NU

Tehnici de măsurare a

tensiunii arteriale (digital și

analogic)

NU NU DA

Angiografia CT DA NU NU

Angiografia clasică DA, traiectul și

diametrul vaselor

DA, prin folosirea unor

sonde speciale

DA, prin folosirea unor

sonde speciale

Angiografia RMN DA DA NU

IVUS DA DA DA

OCT DA DA DA

Tehnici de medicină

nucleară

DA, se vizualizează și

funcționalitatea NU NU

6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii

Potențialul de acțiune al celulei miocardice

Faza 0 - Depolarizarearapidă(Upstroke)

Faza 1-Repolarizarea rapidă iniţială

Faza 2 - Platoul

Faza 3-Repolarizarearapidăfinală

Faza 4 - Repaus

Potențialul de acțiune al celulei miocardice


Aritmii

Aritmiile reprezintă tulburări ale activității electrice ale inimii, și are ca și

consecință modificări ale frecvenței cardiace, volumul sistolic și implicit ale

debitului cardiac, cu efect la nivelul întregului sistem cardiovascular.

În funcție de localizare, aritmiile se pot clasifica:

- Aritmii supraventriculare;

- Aritmii atrio-ventriculare;

- Aritmii ventriculare.

În funcție de tipul aritmiei, tratamentele se pot clasifica astfel:

- medicamentos;

- Prin ablația intervențională (“arderea, distrugerea” focarului care a

provocat aritmia) sau chirurgical;

- Prin implantarea dispozitivelor de tip pacemaker (care au rolul de a

stimula electric miocardul atunci când frecvența cardiacă scade sub un

anumit prag);

- Prin implantarea dispozitivelor de tip defibrilator (care au rolul de a

stimula electric miocardul atunci când apare aritmia).


Aritmii


5. Control și reglare în sistemul CV

Pacemaker

Clasificare pacemakere

Pacemaker temporar cu un generator de puls extern

– transvenos

– electrozii sunt de obicei bipolari

– poziţionaţi în endocard

Pacemaker permanent cu un generator intern

– implantabil într-un buzunar subcutanat

– electrozii sunt de obicei unipolari

– poziţionaţi în endocard şi epicard


Pacemaker

Părţi componente:

Generatorul de impulsuri

– sursa de energie

– sistemul de reglare al

modului de stimulare

Sistemul de fire şi electrozi

- de la generator spre miocard

(pacing)

- de la miocard spre generator

(sensing)

Bateria


• Defectarea generatorului de impulsuri

• Epuizarea bateriei- scăderea cu 10 % a frecvenţei

• Cauze locale: infecţii, necroze, deplasare sau răsucire

• Tulburări de sensing:

– subsensing (undersensing)– nu este detectată activitatea cardiacă

intrinsecă. Poate induce aritmie.

– suprasensing ( oversensing) - sunt detectate impulsuri fără legătură cu

activitatea intrinsecă cardiacă.

• Defecţiuni ale căii de legătură dintre generator şi electrodul

Intracardiac

• Deplasare: intracardiac, extracardiac

• Fractură, Conectare defectuoasă cu pacemakerul, Poziţie instabilă a firului,

Tromboembolism, Endocardită, Perforaţia ventriculului drept

Pacemaker – probleme posibile care apar în utilizare



Componența unui defibrilator implantabil

- Baterie

- Unitate electronică;

- Fire conectoare;

- 2 electrozi pentru poziționare la nivel atrial și

ventricular.

7. Stentarea sistemului vascular

Ateroscleroza

http://www.cdt-babes.ro/articole/ateroscleroza-depistare-precoce-arteriograf-tensiomed.php


Ateroscleroza

https://ro.esdifferent.com/difference-between-atheroma-and-atherosclerosis


Efectele aterosclerozei asupra parametrilor hemodinamici

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0422763815201100


Evoluția în timp a vasului afectat de ateroscleroză

- Placa de aterom evoluează lent, conducând la modificarea peretelui vascular și a

proprietățile mecanice ale acestuia (elasticitatea).

- Ca urmare a creșterii plăcii de aterom, structurile musculare ale peretelui

vascular (media) adiacente plăcii se dilată, ca adaptare la îngustarea lumenului

vascular (fenomen de remodelare).

- Evoluția în timp a vasului aterosclerotic poate avea 2 manifestări:

Dilatarea mediei conduce la apariția de anevrisme (caracterizat prin perete

vascular lipsit de elasticitate);

Atunci când remodelarea prin dilatarea mediei nu mai reușește să

compenseze creșterea plăcii de aterom apare îngustarea lumenului vascular

(stenoza).


Localizarea stenozelor vasculare

https://vascular.surgery.ucsf.edu/media/1670896/cad_anatomy.jpg

https://www.slideshare.net/sumeryadav/peripheral-vascular-disease-and-clinical-features-of-acute-and-chronic-arterial-stenosis-and-occlusion


Tratamentul stenozelor vasculare

Angioplastia

clasică cu balon Angioplastia cu

plasare de stent By-pass


Tipuri de stenturi

- BARE METAL STENT (BMS)

Oțel inoxidabil, cu suprafață neacoperită medicamentos;

Țesutul arterial crește în jurul struturilor stentului;

Dezavantaje: creșterea excesivă a țesutului în jurul struturilor, refacerea

plăcii de aterom poate conduce la restenoză în stent și ocluzia vasului.

- DRUG ELUTING STENT

Oțel inoxidabil, cu suprafața acoperită cu medicație care previne creșterea

țesutului în jurului struturilor stentului;

Favorizează dezvoltarea trombilor și a trombozei în stent.

- BIORESORBABLE VASCULAR SCAFFOLD

Stent de tipul DES, a cărui structură este realizată din material care se

dizolvă în timp;

Dizolvarea se realizează complet în 2-3 ani de la implantare;

Reduce riscul de restenoză în stent.


Tipuri de stenturi


Tipuri de stenturi

http://3rxiuf34c6812zu916107ws7-

wpengine.netdna-ssl.com/now/wp-

content/uploads/2013/01/PIT-big.jpg

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC405

1714/


Caracteristicile stenturilor DES

https://www.openaccessjournals.com/articles/the-concertina-effect-and-the-limitations-of-

current-drugeluting-stents-is-it-time-to-revisit-and-prioritize-stent-design-over-eff.html


Caracteristicile stenturilor bioresorbabile

https://citoday.com/2016/06/next-generation-fully-bioresorbable-polymer-stents/


Hemodinamica stenturilor

https://www.nature.com/articles/srep10945

Zonele critice cu

tensiuni de frecare la

peretele arterial mici.

Dezvoltarea zonelor

de recirculare în

vecinătatea strutului

stentului.

Imagine angiografică a

unui vas stenozat (B) și

stentat (A).



Influența poziționării corecte a stentului

la contactul cu peretel arterial

(a) Stent poziționat normal

(a) Malpoziție de 100 μm,

(c) Malpoziție de 200 μm,

(d) Malpoziție de 400 μm.



Influența poziționării corecte a stentului la contactul cu peretel arterial


Localizarea anevrismelor

https://www.medicinenet.com/brain_aneurysm/article.htm#what_is_a_brain_aneurysm_and_what_causes_a_brain_aneurysm

https://fr.wikipedia.org/wiki/An%C3%A9vrisme_de_l%27aorte_abdominale#/media/File:Aortic_aneurysm.jpg

7. Stentarea sistemului vascular Tratamentul anevrismelor

https://cirse.org/index.php?pid=1070

https://cirse.org/index.php?pid=1040

https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/brain-aneurysm/multimedia/aneurysm-clip/img-20007616

https://twitter.com/MaineBAorg/status/998537759269810183

Stent-graft

Clampare

Embolizare


Tipuri de stent-grafturi


Mecanismul de acțiune al dispozitivelor de tip flow diverter

8. Procedura de bypass

Tratamentul stenozelor vasculare

Angioplastia

clasică cu balon Angioplastia cu

plasare de stent By-pass


Localizarea stenozelor vasculare care pot fi tratate chirurgical prin procedura

de bypass

https://vascular.surgery.ucsf.edu/media/1670896/cad_anatomy.jpg

https://www.slideshare.net/sumeryadav/peripheral-vascular-disease-and-clinical-features-of-acute-and-chronic-arterial-stenosis-and-occlusion


Bypass aorto-coronarian

Clasificare în funcție de severitate și numărul de grefe utilizate

https://en.wikipedia.org/wiki/Coronary_artery_bypass_surgery

8. Procedura de bypass Bypass periferic

Clasificare în funcție de localizarea stenozei

https://www.slideshare.net/OmarHaqqani/catheter-based-intervention-and-surgical-management-of-peripheral-arterial-occlusive-disease-technique-and-results


Etapele procedurii de bypass aorto-coronarian

Recoltarea grefei

Imobilizarea segmentului vascular supus intervenției de bypass (off-pump)

Conectarea pacientului la echipamentul de circulație extracorporală (on-

pump)

Sutura grefei

Reperfuzia cordului


Bypass aorto-coronarian

On - pump;

Off - pump.

https://www.hopkinsmedicine.org/bloodless_medicine_surgery/case_studies/cardiac_surgery.html

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heart-lung_bypass.jpg

http://www.centrocuoreeuropeo.it/pagine/57-intervento-di-bypass.asp

https://www.hopkinsmedicine.org/bloodless_medicine_surgery/case_studies/cardiac_surgery.html





Complicații post-operatorii

Tromboză (apare la un interval de până la 1 lună);

Hiperplazia intimală (apare la un interval cuprins între 1 și 12 luni);

Stenoza și ocluzia, datorată aterosclerozei (apare la peste 12 luni de la

intervenție).


Factori care influențează hemodinamica bypass-ului

Unghiul de anastomoză

Prezența curgerii competitive

Natura grefei

Tipul de sutură

Geometria grefei

Raportul între diametrul grefei și cel al arterei gazdă



Parametrii hemodinamici de interes în analiza curgerii prin configurație de

bypass

Tensiunea de frecare la perete (WSS – Wall Shear Stress)

Prezența și extinderea zonelor de recirculare

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3867628/


Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Unghiul de anastomoză

Unghiul de anastomoză = unghiul format de grefă și artera gazdă în zona

de anastomoză (unghiul sub care se realizează sutura)

Dorința este de a utiliza un unghi de anastomoză cât mai mic,

atât din punct de vedere al limitărilor anatomice, cât și din punct

de vedere al reducerii alterării câmpului hemodinamic asociat

zonei de anastomoză.


Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Curgerea competitivă

Curgere competitivă = prezența curgerii sângelui prin zona stenozată a

arterei native supuse intervenției chirurgicale de bypass

În timp, datorită evoluției plăcii aterosclerotice, artera gazdă se

va ocluza complet în zona plăcii.

Ocluzie totală a arterei native Ocluzie parțială a arterei native


Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Tipul de grefă

Tipuri de grefe utilizate

- Arteriale (artera mamară internă, artera radială, artera

gastroepiploică și epigastrică inferioară);

- Venoase (vena safenă);

- Artificiale (grefe de dacron, politetrafluoretilen PTFE)

https://my.clevelandclinic.org/health/treatments/16897-coronary-artery-bypass-surgery


Factori care influențează hemodinamica bypass-ului aorto-coronarian.

Natura grefei

Grefe naturale (autologe) de natură venoasă;

Grefe naturale (autologe) de natură arterială;

Grefe artificiale.

a) Vena safenă

- cel mai frecvent utilizată în intervențiile de tip CABG;

- fiabilitatea scade o dată cu timpul;

- între 10% și 25% din grefe se obturează în primul an de la intervenție;

- un procent adițional de 1%-2% din grefe se obturează anual în primii 5

ani de la intervenție, respectiv un procent de 4%-5% din grefe se

ocluzează anual în perioada de la 6 până la 10 ani de la intervenție;

- la peste 10 ani de la intervenție, între 50% și 60% din grefe sunt fiabile,

dintre care doar jumătate nu prezintă angiografic, afecțiuni

aterosclerotice;

- scăderea fiabilității este datorată expunerii grefei, în urma montajului de

bypass, la o presiune arterială mult mai mare față de presiunea

existentă fiziologic în venă, conducând astfel la deteriorarea endoteliului

vascular, hiperplazie intimală, restenoză sau tromboză.


Factori care influențează hemodinamica bypass-ului aorto-coronarian.

Natura grefei



Grefe artificiale.

b) Artera mamară internă

- peste 90% din grefe sunt fiabile în primii 10 ani de la intervenție;

- sub 4% din grefe dezvoltă ateroscleroză, și doar 1% prezintă stenoze

aterosclerotice de importanță hemodinamică;

- fiabilitatea crescută este datorată structurii interne continue elastice,

care inhibă migrația celulelor musculare netede, respectiv secreția

prostaciclinei și oxidului nitric de către endoteliu, cu rol vasodilatator și

inhibitor al agregării particulelor;

- dezavantajul utilizării arterei mamare interne este dat de posibilitatea

dezvoltării spasmului și atrofiei.

http://anatomyzone.com/anatomy-feed/internal-thoracic-artery/



aorto-coronarian. Natura grefei



Grefe artificiale.

c) Artera radială

- este o arteră musculară, susceptibilă la dezvoltarea spasmului și atrofiei în cazul

utilizării ca grefă pentru tratamentul stenozelor de severitate moderată;

- prezintă fiabilitate ridicată atunci când este utilizată ca grefă pentru intervenția

asupra arterei coronare stângi cu grad de severitate a stenozei de peste 70%.

d) Artera gastroepiploică

- este folosită cel mai mult pentru intervențiile asupra arteri coronare drepte;

- fiabilitatea la 1, 5 și 10 ani de la intervenție este de 91%, 80%, respectiv 62%;

- în cazul folosirii la tratamentul stenozelor de severitate medie prezintă riscul

apariției spasmului și atrofiei.

e) Artera epigastrică

- datorită lungimii scăzute, este folosită de obicei în suturile de tip ―Y‖ sau ―T‖;

- poate dezvolta spasm în cazul utilizării la intervențiile asupra stenozelor medii;

- se recomandă utilizarea doar în cazul stenozelor severe;

- prezintă o rată a fiabilității de 90% în primul an de la intervenție. https://socratic.org/questions/what-artery-supplies-branches-to-the-stomach-and-liver


Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Natura grefei



Grefe artificiale.

f) Grefe artificiale

- nu prezintă risc de spasm sau atrofie;

- prezintă risc de ocluzie;

- prezintă risc de biocompatibilitate și respingere a grefei;

- datorită materialului din care sunt confecționate (dacron, politetrafluoretilen

PTFE) permit o manevrare mai ușoară și modelare permanentă față de grefele

biologice;

- sunt rar utilizate.

http://www.hancockjaffe.com/coreograft-coronary-artery-bypass-graft/

8. Procedura de bypass Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Tipul de sutură

https://www.romanianjournalcardiology.ro/arhiva/arterial-bypass-a-surgical-method-in-treatment-of-peripheral-arterial-obstructive-disease-of-the-lower-limbs/

https://www.researchgate.net/publication/232934463_Conduits_for_Coronary_Bypass_Vein_Grafts

Sutură end-to-end Sutură end-to-side Sutură side-to-side

8. Procedura de bypass Factori care influențează hemodinamica bypass-ului

aorto-coronarian.

Tipul de sutură

http://ldivito.com/portfolio-single-sidebar_i.htm

https://emedicine.medscape.com/article/1893992-technique

https://synapse.koreamed.org/ViewImage.php?Type=F&aid=22553&id=F2&afn=63_JKMS_29_1_69&fn=jkms-29-69-g002_0063JKMS

http://ldivito.com/portfolio-single-sidebar_i.html

8. Procedura de bypass Factori care influențează hemodinamica bypass-ului aorto-coronarian. Tipul

de sutură

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3867628/

8. Procedura de bypass Factori care influențează hemodinamica bypass-ului periferic.

Tipul de sutură

https://www.romanianjournalcardiology.ro/arhiva/arterial-bypass-a-surgical-method-in-treatment-of-peripheral-arterial-obstructive-disease-of-the-lower-limbs

8. Procedura de bypass Factori care influențează hemodinamica bypass-ului.

Raportul între diametrul grefei si diametrul arterei gazdă


Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Geometria grefei

(a) Grefe drepte;

(b) Grefe elicoidale;

(c) Șunt artero-venos elicoidal.

Tendințe: grefe elicoidale

Grefele elicoidale induc o

curgere cu structură elicoidală,

zonele de recirculare se reduc

și câmpul hemodinamic în zona

de anastomoză este

îmbunătățit.

https://vascular-flow.com/intervention/


Factori care influențează

hemodinamica bypass-ului.

Geometria grefei

Tendințe:

grefe elicoidale

Grefele elicoidale

induc o curgere

cu structură

elicoidală, zonele

de recirculare se

reduc și câmpul

hemodinamic în

zona de

anastomoză este

îmbunătățit.

https://www.nature.com/articles/s41598-017-01930-x


Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Geometria grefei

Tendințe:

grefe elicoidale

Grefele elicoidale induc o

curgere cu structură

elicoidală, zonele de

recirculare se reduc și

câmpul hemodinamic în

zona de anastomoză este

îmbunătățit.

https://content.iospress.com/articles/bio-medical-materials-and-engineering/bme877

9. Valvele cardiace

Anatomie și fiziologie

https://www.drugs.com/health-guide/heart-valve-problems.html

https://www.cormedicalgroup.com/conditions/valve-disease/








9 Valvele cardiace

Anatomie și fiziologie

https://www.shutterstock.com/search/heart+valve

9 Valvele cardiace

Patologia valvelor cardiace. Stenoza


https://www.premierhealth.com/HeartValves/








9 Valvele cardiace

Istorie

L.P. Dasi, H. A. Simon, P. Sucosky, A.P. Yoganathan, Fluid mecahnics of artificial heart valves. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2009 February ; 36(2): 225–237. doi:10.1111/j.1440-1681.2008.05099.x.

9. Valvele cardiace Criterii pentru dezvoltarea de proteze valvulare

Durabilitate mare, cel puţin egală cu durata de viaţă previzibilă a

pacientului.

Flux sangvin central fără turbulenţă.

Gradient transvalvular absent.

Absenţa fluxului de regurgitare.

Răspuns rapid la modificările gradientului presional.

Să nu determine modificări pe miocardul adiacent.

Rezistenţă la infecţia endocardului.

Absenţa hemolizei.

Non-trombogenicitate fără anticoagulant.

Să fie silenţioasă nesupărătoare pentru pacient.

Posibilitatea de conservare prelungită.

Implantare uşoară.

9 Valvele cardiace

Tipuri de valve

Valve biologice (porcine, bovine, cadavru uman);

Valve artificiale (mecanice).

https://inimabuna.com/author/petru/

9 Valvele cardiace

9 Valvele cardiace Caracteristicile valvelor

9 Valvele cardiace Caracteristicile valvelor

Durabilitate în dezvoltare

Nu necesita tratament cu

anticoagulante

Silenţioase

Durabilitate dovedită

Tratament permanent

cu anticoagulante

Zgomotoase

9 Valvele cardiace Caracteristicile valvelor biologice

9 Valvele cardiace

Structura valvelor biologice de origine porcină

9 Valvele cardiace Caracteristicile valvelor mecanice

Valve cu bilă

- acest design foloseşte un ocluder sferic menţinut în poziţie de o „cutie

metalică‖. Valvele naturale ale inimii permit sângelui să curgă exact prin

centrul (mijlocul valvei)

– flux central, în timp ce valvele artificiale cu bilă blochează complet

acest flux, producând turbulenţe sangvine (coliziuni cu ocluderul)

provocând afectări ale celulelor sangvine. Datorită acestui fapt prezintă

o trombogeneză crescută (stimulează formarea cheagurilor sangvine)


Valve monodisc

Monodisc (tilting disc) (Medtronic, Omniscience, Allcarbon)

Profil jos

Orificiul mai larg decât la cele cu bilă

Tehnică meticuloasă de implantare pentru a evita interferenţa aparatului

subvlvular

folosesc drept ocluder un disc basculant pentru a mima mai bine

carateristicile de curgere naturală ale sângelui prin inimă. Această

caracteristică basculantă permite un flux sanguin mai centrat, dar împiedică

total regurgitarea. Încă se produc afectări ale celulelor sangvine.

Prezintă risc destul de scăzut de tromboză şi de infecţii, dar nu le elimină

complet

9 Valvele cardiace

Hemodinamica

valvelor artificiale

L.P. Dasi, H. A. Simon, P. Sucosky, A.P. Yoganathan, Fluid mecahnics of artificial heart valves. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2009 February ; 36(2): 225–237. doi:10.1111/j.1440-1681.2008.05099.x.

Dezvoltarea

zonelor de

recirculare


Valva ideală nu este încă disponibilă, iar caracteristicile atât pozitive, cât

şi negative ale valvelor disponibile astăzi trebuie luate în considerare de

fiecare dată când se alege valva cea mai potrivită pentru un anumit

pacient.

Valva cardiacă optimă exercită o rezistenţă minimă la fluxul sangvin, şi

permite doar regurgitări retrograde nesemnificative în momentul închiderii

valvulare. Design-ul trebuie să cauzeze turbulenţe şi stază minime in vivo

în timpul condiţiilor de curgere fiziologice.

Rezistenţa de deschidere la fluxul sangvin este determinată de:

- diametrul orificiului valvular, de dimensiunea, forma şi greutatea ocluderului

(valvei);

- unghiul de deschidere, precum şi orientarea cuspelor faţă de planul orificiului

mitral anular pentru orice dimensiune anulară dată

Valva cardiacă ideală trebuie să fie îndeajuns de durabilă pentru a rezista în condiţii

bune o viaţă şi trebuie să fie construită din biomateriale care sunt neantigenice,

netoxice, nonimunogenice şi necarcinogenice. În acelaşi timp valva trebuie să prezinte

o incidenţă minimă a tromboembolismului.

10. Asistarea mecanică a circulației

Scop:

Asigurarea debitului sangvin necesar irigării țesuturilor organismului uman

Indicații:

Pacienților a căror funcție cardiacă este redusă temporar;

Pacienților decompensați a căror circulație trebuie realizată asistat

până la transplantul cardiac.

PACIENT

Echipament de asistare

mecanica a circulatiei

Sistem de recirculare a sangelui

cu sau fara filtrare/oxigenare


Balon de contrapulsație intraaortic

Dispozitive de asistare ventriculară

Echipament de circulație extracorporeală

Echipamente de hemofiltrare

Extracorporeal Membrane Oxigenation

https://www.researchgate.net/publication/275142730_Mechanical_circulatory_support_in_cardiogenic_shock/figures?lo=1

https://www.nhlbi.nih.gov/health-topics/total-artificial-heart

Inima artificială

https://www.researchgate.net/publication/275142730_Mechanical_circulatory_support_in_cardiogenic_shock/figures?lo=1


Tipuri de pompe

http://www.azprocede.fr/Cours_GC/pompe_centrifuge_roue.html

Pompe centrifugale Pompe peristaltice


Tipuri de pompe

https://www.radcliffecardiology.com/image-gallery/figure-1-mechanical-circulatory-support-devices


Left Ventricular Assist Devices – LVAD

(Dispozitiv de asistare mecanică ventriculară)

https://www.aerjournal.com/articles/burden-ventricular-arrhythmias-device-implantation


Rata de supraviețuire a pacienților cu LVAD

INTERMACS—Kaplan-Meier survival by flow type and device primary prospective implants: June 23, 2006 to June 30, 2014. (BiVAD=biventricular assist device; LVAD=left

ventricular assist device; TAH=total artificial heart.)

Mark S. Slaughter, Chronic Implantable Mechanical Circulatory Support 50 Years Later: Still Shooting for the Stars!, Ann Thorac Surg 2015;99:749–51


Inima artificială

http://www.rcsismj.com/4th-edition/heart-tx/


Extracorporeal Membrane Oxigenation (ECMO)

Definitie. ECMO este o procedura speciala de sustinere a functiei pulmonare si

cardiace cu ajutorul pompei de circulatie extracorporeala. Este folosita in special la

nou nascuti si copii cu afectare pulmonara severa dar si la adulti cu insuficenta

cardiorespiratorie.

Scopul acestei metode este de a asigura un suport mecanic functiei ventilatorii de

oxigenare a sangelui si indepartarea excesului de CO2 si prin aceasta de

ameliorare si a functiei cardiace.

ECMO ajuta plamanul si cordul pe perioada critica prin preluarea partiala a functiei

acestora, dar nu se adreseaza direct bolii de baza.

Prezentare tehnica.

ECMO se compune din: o pompa centrifugala mobila ce regleaza parametrii

hemodinamici (debit, volum, temperatura sangelui), oxigenatorul si tubulatura ce

conecteaza canulele speciale inserate in sistemul arterial si venos al pacientului.

Exista doua tipuri de ECMO: veno-arterial care suporta plamanii si cordul si veno-

venos care suporta doar functia pulmonara.


Sistemul de circulație extracorporală

11 Hemodinamică numerică

= ramura hemodinamicii care se ocupă cu soluționarea numerică a ecuațiilor

asociate curgerii sângelui prin segmentul vascular investigat

Caracteristici:

Utilizează instrumentele matematice și computaționale ale Mecanicii

Fluidelor;

Condițiile de analiză sunt specifice sistemului cardiovascular (debit

mediu/ciclu cardiac).


PACIENT

Reconstructie și discretizare geometrie

Analiză numerică propriu-zisă

Posprocesare date numerice: interpretare

parametrii hemodinamici

Utilizarea medicală a datelor obținute pentru:

- Analiza parametrilor hemodinamici prin segmentul vascular investigat în situații fiziologice

normale și ;

- Planificarea intervențiilor (stentare, procedura de bypass, etc.);

- Predicția evoluției în timp a parametrilor hemodinamici din zonele de interes;

- Îmbunătățirea procedurilor terapeutice sau de investigație prin îmbunătățirea parametrilor

hemodinamici din zonele de interes critice;


Etapele analizei numerice:

1. Achiziția imaginilor prin tehnici specifice angiografice CT sau RMN;

2. Segmentarea imaginilor și reconstrucția 3D a segmentului investigat;

3. Exportul modelului într-o aplicație software de specialitate de proiectare asistată

de calculator și discretizarea acestuia în elemente finite;

4. Impunerea condițiilor la limită, reprezentând stabilirea condițiilor în care este

realizată analiza. Pentru a simula evoluția reală a pacientului investigat, se

impune ca și condiții de intrare și ieșire din segmentul investigat, parametrii

fiziologici specifici pacientului (condiția de intrare fiind reprezentată de ciclul

cardiac);

5. Realizarea analizei numerice computaționale propriu-zise;

6. Post-procesarea rezultatelor obținute prin analiza numerică;

7. Validarea rezultatelor prin raportarea acestora la valori măsurate in vivo.

Validarea rezultatelor crește gradul de încredere a metodologiei utilizate și a

rezultatelor obținute.


Analiza hemodinamică se poate realiza în următoarele regimuri:

Staționar (parametrii hemodinamici variază în timp);

Nestaționar (parametrii hemodinamici variază în timp);

Impunerea condițiilor la limită asociată secțiunii de intrare se poate

realiza în cele 2 regimuri astfel:

Staționar (debit, viteză de curgere a sângelui prin secțiunea de

intrare constantă), exemplu: debitul mediu coronarian drept 200 ml/min;

Nestaționar (debit, viteză de curgere a sângelui

prin secțiunea de intrare variabilă în timp),

exemplu: ciclul cardiac.


Pași în realizarea analizei numerice propriu-zise în Fluent:

Definirea tipului de Solver necesar soluţionării numerice: 2D sau 3D;

Importarea fişierului *.msh, cu domeniul de curgere discretizat;

Verificarea discretizării, cu ajutorul comenzii ―Check grid‖;

Selectarea caracteristilor de Solver utilizat;

Selectarea ecuaţiilor de bază corespunzătoare problemei care urmează a fi

soluţionată: regim curgere laminar sau turbulent (sau nemiscibil), modele de

transfer de căldură, etc.;

Specificarea proprietăţilor de material;

Specificarea condiţiilor la limită;

Ajustarea parametrilor de control ai soluţiei (criteriul de convergenţă);

Iniţializarea condiţiilor iniţiale a curgerii;

Calculul propriu-zis al soluţiei;

11 Hemodinamică numerică Definirea condițiilor la limită:

Condiţiile la limită necesare a fi definite, se pot clasifica astfel:

Condiţii de intrare şi de ieşire: pressure inlet, velocity inlet, mass flow inlet, inlet

vent, intake fan, pressure outlet, pressure far-field, outflow, outlet vent, exhaust

fan

Conditii la perete şi repetabilitate: perete, simetrie, periodicitate, axă de simetrie

Condiţii pentru celulele zonelor interne: fluid, solid (mediul poros este

corespunzător zonei fluide)

Condiţii pentru feţele interne: fan, radiator, porous jamp, perete, interior


Schema generală de realizare a analizei CFD propriu-zise


Factori care influențează rezultatele obținute prin analiză numerică:

Reconstrucția fidelă a segmentelor vasculare pe baza imaginilor

angiografice CT/RMN,

Discretizarea și pregătirea modelului geometric pentru analiza

computațională,

Acuratețea condițiilor utilizate în analiza CFD (utilizarea condițiilor la limită

specifice pacientului, precum proprietățile fizice ale sânge, debit vascular

specific segmentului investigat),

Realizarea analizei hemodinamice computaționale CFD propriu-zise

(alegerea regimului de curgere corect (laminar/turbulent), parametrii

asociați ecuațiilor matematice, modele de turbulență, alegerea criteriului

de convergență),

Post-procesarea rezultatelor obținute pentru a fi utilizate în practica

clinică.


Parametrii hemodinamici investigați prin CFD

Printre parametrii hemodinamici importanți care pot fi investigați prin

analiză numerică se află:

Câmpul de presiune: presiune, cădere de presiune;

Câmpul de viteză: viteza de curgere a sângelui (reprezentare sub formă

de hartă de culori / reprezentare vectorială);

Tensiunea de frecare la perete (WSS – wall shear stress);

Helicitatea;

Vorticitatea.

9.1 Hemodinamică numerică Avantajele analizei numerice Dezavantajele analizei numerice

Permite investigarea noninvazivă a sistemului

cardiovascular

Implică resurse computaționale importante

Permite analiza unor situații complexe fără a fi

necesară “încercarea directă pe pacient”

Timp crescut pentru realizarea unei analize

numerice (timpul unei analize depinde de

complexitatea temei abordate, ex. pentru o

geometrie complexă analiza pe un singur ciclu

cardiac poate dura săptămâni-luni), ceea ce poate

întârzia anumite proceduri medicale în cazul în

care acestea sunt urgente

Rezultate obținute permit medicului să

îmbunătățească anumite tehnici și să

personalizeze intervenția pentru fiecare pacient în

part

Rezultatele obținute sunt influențate de factorii

asociați tuturor pașilor analizei numerice

(geometrie, discretizare, parametrii setați în

Solver, etc.)

Este posibilă analiza personalizată fiecărui pacient

și astfel personalizarea fiecărui tratament care

implică modificarea parametrilor hemodinamici

Rezultatele obținute trebuie validate cu un model

experimental a putea avea un grad ridicat de

încredere

Permite realizarea unui număr mare de analize

fără a fi necesară “încercarea directă pe pacient”

Permite vizualizarea și interpretarea unui număr

mare de parametrii hemodinamici în cadrul

aceleași analize numerice

12 Hemodinamică experimentală

Un stand experimental trebuie să conţină următoarele componente principale:

- Pompă;

- Unitate de comandă (în cazul standurilor în care se utilizează o

pompă programată extern);

- Traseu hidraulic;

- Echipamente de măsură;

- Echipamente de control;

- Echipamente de achiziţie a datelor;

- Secţiunea de test;

- Rezervor.

Echipamentele de măsură utilizate pot fi de tip traductori sau senzori.

În funcţie de tipul de analiză realizată, secţiunea de test poate fi realizată din

următoarele materiale:

- Materiale transparente (sticlă, plexiglas), în cazul analizelor în care se

realizează vizualizări ale curgerii;

- Materiale opace (oţel), în cazul analizelor în care se nu se impun

vizualizări.


În cazul analizelor hemodinamice experimentale, pentru o bună vizualizare

experimentală a fenomenului de curgere, dimensiunea modelului experimental

este mai mare faţă de dimensiunea modelului fizic, fiind utilizate astfel, criterii

de similitudine.

Echipamente de vizualizare [4]

Echipamentele şi tehnicile de vizualizare a curgerilor cel mai frecvent utilizate

sunt:

- PUDA (pulsed ultrasonic doppler anemometry);

- LDV (laser doppler velocimetry);

- PIV (particle image velocimetry);

- HSV (high speed visualization).

Echipamentele de măsură pot fi, din punct de vedere al afişajului şi al

prelucrabităţii, analogice sau digitale. În cazul echipamentelor digitale, datele

experimentale pot fi achiziţionate şi cu ajutorul unui computer. Această tehnică

permite prelucrarea complexă a datelor experimentale.

În cazul măsurătorilor cantitative, utilizând tehnici laser, secţiunea de test

trebuie să fie prevăzută cu ferestre optice.

elemente introductive de topografie și biochimie medicală electronic.pdf · - suport de curs - an...

Documents